Хорошего для вас времени суток! Рад опять созидать вас на уроке. Сейчас нас ждёт разговор об одном свойстве электрического тока, которое может быть и полезным, и вредным. Ранее уже упоминалось, что для переноса заряда по проводнику нужно затратить некоторое количество энергии. Так же мы гласили о том, что источником этой энергии для электрической цепи являются источники тока. А куда же эта энергия девается, ведь электроны только переносят её из точки А в точку В и отдают или узлам решётки материала, или, если электрон ну оооочень удачливый, возвращают её на обратный электрод батареи? Стоит сходу увидеть, что число таких «везучих» электронов очень близко к нулю, другими словами возможность электрона добиться лампочки во Владивостоке, вылетев из розетки в Москве, фактически равна нулю (оп-па, какая подсказочка к задачке из Урока 1). Это разъясняется до боли просто: ЭДС источника всегда миниатюризируется, означает, энергия теряется куда-то… Но это нарушало бы закон сохранения энергии. А давайте-ка разберёмся в этих вопросах!
Вправду, энергия не может пропадать в никуда, она только преобразуется из 1-го вида в другой. На этом принципе работают источники тока: некий вид энергии (хим, световая, механическая и т.д.) преобразуются в электрическую энергию. Имеет место и оборотное преобразование: зарядка аккума приводит к восстановлению электролита, электрическая лампочка испускает свет, а динамик наушников – звук. Эти процессы и охарактеризовывают работу электрического тока. Давайте для наглядности остановимся на обычной лампе накаливания. Понятно, что их существует огромное количество: различные размеры и формы, рабочее напряжение, некоторые лампы светят ярче, некоторые тусклее. Постоянным остаётся только принцип их работы. Разглядим внутреннее строение таковой лампы:
Набросок 6.1 – Внутреннее строение лампы накаливания
Рядовая лампочка, которую на данный момент пробуют поменять на так именуемую «энергосберегающую», состоит из:
- 1. Стеклянная пробирка.
- 2. Полость пробирки (вакуумированная либо заполненная газом).
- 3. Нить накаливания (вольфрам либо его сплав).
- 4. 1-ый электрод.
- 5. 2-ой электрод.
- 6. Крючки-держатели нити накаливания.
- 7. Ножка лампы (делает функцию держателя).
- 8. Наружный вывод для подключения (токоввод), имеющий снутри предохранитель, который защищает пробирку от разрыва в момент перегорания нити накала.
- 9. Корпус цоколя (держатель лампы в патроне).
- 10. Изолятор цоколя (стекло).
- 11. 2-ой наружный вывод для подключения (токоввод).
Как просто увидеть к электрической части лампы (другими словами той части, по которой протекает ток), можно отнести далековато не все составляющие. Можно сказать, что лампа состоит из проводника, который средством специальной системы может подключаться к электрической цепи. Механизм работы лампы накаливания основан на эффекте электромагнитного термического излучения. Но излучение может приходиться на различные области диапазона: от инфракрасного до видимого. Дабы обеспечить излучение в видимой области диапазона, согласно закону Планка (зависимость длины волны излучения от температуры), нужно подобрать температуры, при которой происходит излучение в большей степени белоснежного света. Этому условию удовлетворяет спектр температур от 5500 до 7000 градусов Кельвина. При температуре 5770К диапазон излучения лампы будет совпадать со диапазоном излучения Солнца, что более обычно людскому глазу.
Но нагревания до таких больших температур не выдерживает ни один из узнаваемых металлов. Более тугоплавкие металлы вольфрам и осмий имеют температуру плавления 34100С (3683К) и 30450С (3318К), соответственно. Потому все лампы накаливания источают только бледно-желтый свет, но, реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения. Излучение «холодного» белоснежного света является одним из преимуществ «энергосберегающих» ламп перед лампами накаливания.
Пробирка с газом либо вакуумом нужна для защиты нити накала от воздействия атмосферного воздуха. Газовая среда состоит в главном из консистенции инертных газов (смесь азота N2 с аргоном Ar являются более распространёнными в силу малой себестоимости и большой молярной массы, которая уменьшает утраты тепла, возникающие при всем этом за счёт теплопроводимости). Особенной группой являются галогенные лампы накаливания. Принципной их особенностью является введение в полость пробирки галогенов либо их соединений. В таковой лампе испарившийся с коже накала металл вступает в соединение с галогенами, и потом ворачивается на поверхность нити за счёт температурного разложения получившегося соединения. Такие лампы имеют огромную температуру спирали, больший КПД и срок службы, наименьший размер пробирки и другие достоинства. Но вернемся к току, который протекает по нити накаливания…
Ранее мы гласили, что перенос единичных зарядов в проводнике из точки А в точку В делается под действием электрического напряжения, которое совершает работу. При разных значениях напряжения и величине заряда, осуществляется разная работа, поэтому, нужно оценить величину скорости передачи (преобразования) энергии. Данная величина именуется электрической мощностью и охарактеризовывает выполненную работу за единицу времени:
Работа электрического тока при переносе 1-го заряда численно равна значению напряжения на участке АВ (см. Урок 3: возможная энергия поля равна произведению разности потенциалов на перенесённый заряд), тогда:
Умножив значение мощности для 1-го заряда на число перенесённых зарядов, получим значение мощности электрического тока:
Беря во внимание, что отношение величины заряда ко времени равно величине протекающего тока, получим:
Величина электрической мощности измеряется в ваттах (Вт) либо в вольт-амперах (ВА), но, эти величины не являются тождественными. Хотя произведение силы тока, выраженной в амперах на напряжение, выраженное в вольтах, даёт величину вольт-амперы, она применяется для свойства несколько «другой» мощности, которую мы разглядим позднее, так как она пока не связана с изучаемыми чертами.
Тогда работа тока равна мощности, умноженной на время:
Величина работы электрического тока измеряется в джоулях (Дж).
Применяя закон Ома и следствия из него, получим еще два выражения для вычисления электрической мощности:
С помощью этих формул и узнаваемых значений всех 2-ух величин из 4 (напряжение, ток, сопротивление, мощность) можно отыскать другие две величины. Не считая того, эти формулы выражают так именуемую постоянную мощность. Не считая неё, можно дать характеристику моментальной мощности, которая в разные моменты времени может изменять своё значение:
Обычно для выделения величины, зависящей от времени (секундное значение) применяют строчные буковкы алфавита, а для выделения величин, характеризующие неизменные либо усреднённые значения – строчные. Моментальной работы, очевидно, не существует.
Так же следует уяснить, что электроны, перемещающиеся по проводнику, сталкиваются с узлами кристаллической решётки, отдают им свою энергию, которая выделяется в виде тепла, потому фактически вся электрическая энергия в проводнике перебегает в термическую, но при больших температурах нагрева (электрическая лампа) часть энергии расходуется к тому же на световое излучение.
Не считая того, раз на любом участке проводника существует преобразование мощности в тепло, означает, не вся мощность, выделяемая источником, (а она эквивалентна мощности тока, только заместо значения напряжения в формулу 6.1 нужно подставить значение ЭДС источника) поступает в нагрузку. Нагрузкой в электротехнике именуется потребитель (приемник) электроэнергии, в этом случае – лампа накаливания. Тогда для свойства эффективности системы (устройства, машины, электрической цепи) в отношении преобразования либо передачи энергии вводится коэффициент полезного деяния (КПД). Он определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, приобретенному системой, обозначается обычно η («эта»). КПД является безразмерной величиной и нередко измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:
где A – работа, выполненная потребителем,
Q – энергия, отданная источником.
В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы либо равен ей, другими словами нереально получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.
Разность ∆Q=A-Q именуется потерями мощности. Из формулы 6.3 видно, что утраты мощности будут возрастать при увеличении сопротивления проводника, потому дабы получить как можно больше термического излучения в лампах применяется узкая бифилярная (двойная) спираль, сопротивление которой достаточно велико. Нить имеет толщину порядка 50 микрон, дабы восполнить относительно маленькое удельное сопротивление металла. Необходимо отметить, что КПД ламп накаливания составляет менее 15%, другими словами более 85% мощности рассеивается в виде тепла (инфракрасное излучение).
На этом наш урок закончен, надеюсь, что он для вас приглянулся, не запамятовывайте подписываться на обновления. Доскорого свидания!
- Мощность электрического тока (P) – черта скорости передачи (преобразования) энергии. Измеряется в ваттах (Вт).
- Главные формулы вычисления мощности:
- Работа электрического тока (A) – произведение мощности на время:
измеряется в джоулях (Дж).
- Моментальная мощность находится в зависимости от избранного момента времени; секундное значение тока и напряжения также меняются во времени из-за наружных причин: конфигурации температуры, воздействия наружного поля, непостоянности ЭДС источника питания и т.д.
- Коэффициент полезного деяния (η) – отношение полезной работы (энергии, переданной потребителю) к полной затраченной энергии:
КПД охарактеризовывает степень полезности системы и определяется количество утрат мощности в ней.
- Утраты мощности в проводнике образуются преобразованием электрического тока в термическую энергию, зависят от сопротивления проводника и не входят в величину полезной работы.
Задачи на сей день.
- 1.Две электрические лампы, мощность которых 40 и 100 Вт, рассчитаны на одно и то же напряжение. Сравните поперечникы нитей накала, если они сделаны из одинакового материала, а длины их относятся как 1:2.
- 2.Поселок потребляющий электрическую мощность Р=1200 кВт, находится на расстоянии l=5 км от электростанции. Передача энергии делается при напряжении U=60 кВ. Допустимая относительная утрата напряжения(и мощности) в проводах k=1% Какой малый поперечник d могут иметь медные провода линий электропередачи?
- 3.Завышенная сложность. Сила тока в проводнике сопротивлением R=20 Ом наращивается в течение времени t=2с по линейному закону от I0=0 до Imax=6A(см. рис.). Найти количество теплоты Q1, выделившееся в этом проводнике за первую секунду, и Q2 – за вторую, также отыскать отношение этих количеств теплоты. (Считать, что вся мощность выделяется как термическая энергия).
Комменты:
- Николай — 31.07.2015 09:07
1. D2=D1*√5
2. Dmin = 6.2мм
3. Q1=180 Дж, Q2 = 1260 Дж, Q2/Q1 = 7
Определение единицы измерения мощности тока
Мощность является физическим показателем. Она определяет работу, производимую во временном отрезке и помогающую определять энергетическое изменение. Благодаря единице измерения мощности тока просто определяется высокоскоростное энергетическое течение энергии в любом пространственном промежутке.
Расчет и виды
Из-за прямой зависимости мощности от напряжения в сети и токовой нагрузки следует, что данная величина может появляться как от взаимодействия огромного тока с малым напряжением, так и в итоге появления значимого напряжения с малым током. Таковой принцип применим для перевоплощения в трансформаторах и при передаче электроэнергии на большие расстояния.
Существует формула для расчета этого показателя. Она имеет вид P = A / t = I * U, где:
- Р является показателем токовой мощности, измеряется в ваттах;
- А — токовая работа на цепном участке, исчисляется джоулями;
- t выступает временным промежутком, в протяжении которого совершалась токовая работа, определяется в секундах;
- U является электронапряжением участка цепи, исчисляется Вольтами;
- I — токовая сила, исчисляется в амперах.
Электрическая мощность может иметь активные и реактивные характеристики. В первом случае происходит преобразование мощностной силы в иную энергию. Ее определяют в ваттах, так как она содействует преобразованию вольта и ампера.
Реактивный показатель мощности содействует появлению самоиндукционного явления. Такое преобразование отчасти возвращает энерго потоки назад в сеть, из-за чего происходит смещение токовых значений и напряжения с отрицательным воздействием на электросеть.
Определение активного и реактивного показателя
Активная мощностная сила рассчитывается методом определения общего значения однофазовой цепи в синусоидальном токе за подходящий временной промежуток. Формула расчета представлена в виде выражения Р = U * I * cos φ, где:
- U и I выступают в качестве среднеквадратичного токового значения и напряжения;
- cos φ является углом межфазного сдвига между этими 2-мя величинами.
Благодаря мощностной активности электроэнергия преобразуется в другие энерго виды: термическую и электромагнитную энергии. Неважно какая электросеть с током синусоидального либо несинусоидального направления определяет активность цепного участка суммированием мощностей каждого отдельного цепного промежутка. Электромощность трехфазного цепного участка определяется суммой каждой фазной мощности.
Аналогичным показателем активной мощностной силы считается величина мощности прохождения, которая рассчитывается методом различия между ее падением и отражением.
Реактивный показатель измеряется в вольт-амперах. Он является величиной, используемой для определения электротехнических нагрузок, создаваемых электромагнитными полями снутри цепи переменного тока. Единица измерения мощности электрического тока рассчитывается умножением среднеквадратичного значения напряжения в сети U на переменный ток I и угол фазного синуса между этими величинами. Формула расчета смотрится следующим образом: Q = U * I * sin.
Если токовая нагрузка меньше напряжения, тогда фазное смещение носит положительное значение, если напротив — отрицательное.
Величина измерения
Основной электротехнической единицей является мощность. Для того дабы найти, в чем измеряется мощность электрического тока, необходимо изучить главные свойства этой величины. По законам физики ее определяют в ваттах. В критериях производства и в быту величина переводится в киловатты. Вычисления больших мощностных масштабов требуют перевода в мегаватты. Таковой подход практикуется на электрических станциях для получения электроэнергии. Работа исчисляется в джоулях. Величина определяется следующими соотношениями:
Потребительская мощностная сила обозначается на самом электроприёмнике либо в паспорте к нему. Определив этот параметр, можно получить значения таких характеристик, как напряжение и электрический ток. Применяемые характеристики указывают, в чем измеряется электрическая мощность, они могут выступать в виде ваттметров и варметров. Реактивная сила показателя мощности определяется фазометром, вольтметром и амперметром. Муниципальным образцом того, в чем измеряется мощность тока, считается частотный спектр от 40 до 2500 Гц.
Примеры вычислений
Для расчета тока чайника при электромощности 2 КВт применяется формула I = P / U = (2 * 1000) / 220 = 9 А. Для запитывания устройства в электросеть не применяется длина разъема в 6 А. Приведенный пример применим только тогда, когда стопроцентно совпадает фазное и токовое напряжение. По таковой формуле рассчитывается показатель всех бытовых устройств.
Если цепь является индуктивной либо имеет огромную емкость, то рассчитывать мощностную единицу тока нужно, используя другие подходы. Например, мощность в движке с переменным током определяется при помощи формулы Р = I * U * cos.
При подключении устройства к трехфазной сети, где напряжение будет составлять 380 В, для определения показателя суммируются мощности каждой фазы в отдельности.
В качестве примера можно разглядеть котел из 3-х фаз мощностной вместимостью 3 кВт, любая из которых потребляет 1 кВт. Ток на фазе рассчитывается по формуле I = P / U * cos φ = (1 * 1000) / 220 = 4,5 А.
На любом приборе обозначается показатель электромощности. Передача огромного мощностного объема, используемая в производстве, осуществляется по линиям с высочайшим напряжением. Энергия преобразовывается при помощи подстанций в электроток и подается для применения в электросети.
Благодаря легким расчетам определяется мощностная величина. Зная ее значение, можно выполнить верный подбор напряжения для настоящей работы устройств бытового и промышленного назначения. Таковой подход поможет избежать перегорания электроприборов и обезопасить электросети от перепадов напряжения.
